EP3823759A1

EP3823759A1 - Temperiervorrichtung für laborgefässe

Info

Publication number: EP3823759A1
Application number: EP19742177.9A
Authority: EP
Inventors: Steffen Gehrig
Original assignee: Brand GmbH and Co KG
Current assignee: Brand GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: WO2020016219A1; US12005455B2; EP3823759B1; CN112368080A; CN112368080B; US20220212195A1

Abstract

Eine Temperiervorrichtung zur Aufnahme von Laborgefäßen ist mit einem hohlen und mit einem Temperiermedium gefüllten Gehäuse versehen. Die Temperiervorrichtung wird vor dem Gebrauch thermisch konditioniert und während des Gebrauchs wird in einem endlichen zeitlichen Verlauf die konditionierte thermische Energie entweder von den Laborgefäßen aufgenommen oder an sie abgegeben. Das Gehäuse hat unten einen Boden und gegenüberliegend oben einen Aufnahmebereich, der den hohlen Innenbereich des Gehäuses nach oben begrenzt. Am Aufnahmebereich dienen nach innen weisende Vertiefungen als Aufnahmen für die zu temperierenden Laborgefäße. Im hohlen Gehäuse ist ein vom Innenbereich abgetrennter Luftraum vorgesehen. Im Innenbereich wird ein sich horizontal erstreckendes Absorberelement von dem Temperiermedium zumindest partiell um- und/oder durchströmt und ist mit dem Aufnahmebereich thermisch leitend verbunden. Die im Aufnahmebereich in die Vertiefungen eingesetzten Laborgefäße werden so durch das Temperiermedium über einen längeren Zeitraum auf einer konstanten Temperatur gehalten.

Description

Temperiervorrichtung für Laborgefäße

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung zur Aufnahme von Laborgefäßen um den Inhalt der Laborgefäße über einen längeren Zeitraum bei einer

vorgegebenen Temperatur zu halten.

Die Patentpublikation WO92/12071A1 zeigt eine Lager- und Transportvorrichtung für thermisch sensitive Produkte. Mit der beschriebenen Vorrichtung sollen besonders biologisch aktive Substanzen in einem bestimmten Temperaturfenster im gekühlten und nicht gefrorenen Zustand gelagert werden. Ein Behälterträger der Vorrichtung weist dazu Vertiefungen für Glasampullen mit den darin enthaltenen und zu schützenden Substanzen auf. Der Behälterträger ist aus thermoplastischem Material hergestellt und bildet einen abgeschlossenen Raum um die Vertiefungen herum und um einen hohlen, umlaufenden, über die Vertiefungen ragenden Randbereich. Innerhalb des geschlossenen Raums bis in die Höhe der

Vertiefungen befindet sich ein seinen Aggregatzustand wechselndes

Temperiermedium, welches eine große Schmelzwärme aufweist. Wasser oder Gelmaterialien können hierzu als Temperiermedium verwendet werden. Der hohle Randbereich dient zur Ausdehnung des Phasenwechsel ausführenden

Temperiermediums.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass beim thermischen Konditionieren dieser Vorrichtung das Temperiermedium an der Außenseite des hohlen Raumes mit dem Phasenwechsel beginnt und die Volumenausdehnung am stärksten in dem Bereich auftritt, in dem zuletzt der Phasenwechsel erfolgt. Da der hohle mit Luft gefüllte Raum nur den Randbereich einnimmt, kommt es zur Deformation im Zentrum des Behälterträgers, wobei die Vertiefungen sich nicht mehr auf gleicher Höhe zur Standfläche des Behälterträgers befinden. Erst beim gegenläufigen

Phasenwechsel ist die geometrische Bestimmung wieder gegeben.

Der Einsatz eines solchen Behälterträgers bei einem automatisierten Laborgerät zum Handhaben der Substanzen in den Glasampullen oder anderen Gefäßen ist bei fehlender konstanter geometrischer Bestimmung nicht möglich. Auch bei der manuellen Handhabung von mehreren Substanzen in benachbarten Vertiefungen können bedingt durch die Deformation des Behälterträgers Fehler auftreten. Im Weiteren ist bei dieser Art eines Behälterträgers der nicht gleichmäßig verlaufende gegenläufige Phasenwechsel nachteilig, der im Randbereich des hohlen Raums beginnt und im Zentrum des Behälterträgers endet. Eine

vorgegebene Temperatur über einen benötigten Zeitraum ist nicht in jeder

Vertiefung möglich. Auch wird die Schmelzwärme beim Phasenwechsel nicht konstant genutzt und über alle Vertiefungen verteilt.

Eine weitere Patentpublikation EP2428273A1 offenbart eine Temperiervorrichtung für Probengefäße in nicht autarker Bauart. Diese Temperiervorrichtung hat zwei, gegeneinander isolierte Temperierzonen, die Probengefäße abschnittsweise erwärmt und kühlt. Bei der ersten Temperierzone wird mittels eines Heizelements und bei der zweiten Temperierzone mit einem durchströmenden

Wärmeübertragungsmedium die gewünschte Temperatur eingestellt. Diese Temperiervorrichtung bedarf also der Anschlüsse von elektrischer und thermischer Energie und ist im Aufbau und der Anzahl an Funktionselementen komplex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Temperiervorrichtung zur Aufnahme von Laborgefäßen der eingangs genannten Art zu schaffen, die den Inhalt der Laborgefäße über die möglichst gesamte Fläche der Aufnahme und ohne Zufuhr oder Entzug thermischer Energie über einen längeren Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur konstant hält sowie funktional durch deren thermisch gering beeinflussbare Dimension verbessert und kostengünstiger herzustellen ist.

Die Aufgabe wird durch eine Temperiervorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Temperierverfahren für Laborgefäße nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den

Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist eine Temperiervorrichtung zur Aufnahme von Laborgefäßen mit einem hohlen, einen Innenbereich aufweisenden und mit einem

Temperiermedium gefüllten Gehäuse versehen. Die Temperiervorrichtung wird vor ihrem Gebrauch ohne Laborgefäße thermisch konditioniert. Während ihres Gebrauchs nimmt die Temperiervorrichtung in einem endlichen zeitlichen Verlauf die konditionierte thermische Energie, d.h. Wärme, entweder von den

Laborgefäßen auf oder gibt sie an die Laborgefäße ab. Das Gehäuse hat dazu unten einen Boden und gegenüberliegend oben einen Aufnahmebereich, der den hohlen Innenbereich des Gehäuses nach oben begrenzt. An der Oberseite des Aufnahmebereichs dienen nach innen weisende Vertiefungen als Aufnahmen für die zu temperierenden Laborgefäße.

Das hohle Gehäuse weist, vorzugsweise, neben dem das Temperiermedium aufnehmenden Innenbereich einen abgetrennten Luftraum auf. In alternativer Formulierung kann der Innenbereich eine Trennung aufweisen, die den

Innenbereich in Teilräume, insbesondere einen ersten Innenbereich und einen zweiten Innenbereich, aufteilt. Entscheidend ist letztlich, dass der Luftraum durch die konstruktive Ausgestaltung des Gehäuses vom Temperiermedium abgetrennt ist, d.h. dass zumindest im Wesentlichen keine Vermischung von Luftraum und Temperiermedium erfolgt. Dies kann insbesondere durch ein entsprechendes

Bauteil, wie eine Trennwand, realisiert sein. Erfindungsgemäß ist ferner auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher der Innenraum des Gehäuses lediglich mit dem Temperiermedium und mit Luft gefüllt ist, wobei die enthaltene Luft letztlich den Luftraum im Sinne der Erfindung bildet. Hierbei ist insbesondere eine Grenzfläche zwischen dem Temperiermedium und dem Luftraum ausgebildet.

Im Innenbereich des hohlen Gehäuses ist ein Absorberelement angeordnet, das sich horizontal im Innenbereich erstreckt und von dem Temperiermedium um- und/oder durchströmt wird. Das Absorberelement ist mit dem Aufnahmebereich thermisch leitend verbunden. Die im Aufnahmebereich in die Vertiefungen eingesetzten Laborgefäße werden so durch das Temperiermedium über einen längeren Zeitraum auf einer konstanten Temperatur gehalten. Das

Absorberelement ist insbesondere als Platte ausgebildet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Material oder ein Bauteil als "thermisch leitend" angesehen, wenn seine Wärmeleitfähigkeit im Mittel wenigstens 5 W/(m K) beträgt.

Die Schmelzwärme des Temperiermediums wird von dem Absorberelement aufgenommen und zum Aufnahmebereich gleichmäßig transportiert. Das sich im Temperiermedium horizontal erstreckende Absorberelement ermöglicht, dass die thermische Energie der Masse des Temperiermediums vollständig genutzt wird. Auch beim thermischen Konditionieren der Temperiervorrichtung beschleunigt das Absorberelement den Wärmetransport von der Umgebung über den

Aufnahmebereich in das Temperiermedium. Die Zeit für das Konditionieren ist kürzer. Eine "horizontale" Erstreckung ist vorliegend auf die Ausrichtung der Temperiervorrichtung im Benutzungszustand bezogen und bedeutet, dass das Absorberelement sich zumindest im Wesentlichen quer zur Wirkung der

Schwerkraft erstreckt. Dies schließt insbesondere auch eine solche Anordnung mit ein, bei der das Absorberelement nicht parallel zum Boden verläuft.

In einer bevorzugten Konstruktion ist der Innenbereich des Gehäuses parallel zur Standfläche, d.h. zum Boden, getrennt. Der Luftraum kann in vorteilhafter Weise gegenüber dem Aufnahmebereich angeordnet sein, wobei der zum

Aufnahmebereich angrenzende Teil des Innenbereichs das Temperiermedium aufnimmt bzw. enthält. Hierdurch wird ein direkter Kontakt und Wärmeaustausch des Temperiermediums mit dem Absorberelement und dem Aufnahmebereich ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Konstruktion ist zwischen den Innenbereichen des Gehäuses eine Trennwand angeordnet. Die Trennwand dichtet die beiden

Innenbereiche gegeneinander ab und ist flexibel ausgeführt. Die Trennwand ermöglicht eine Volumenänderung des Temperiermediums im formstabilen Gehäuse. Die Flexibilität der Trennwand wird durch die Verwendung eines federelastischen Werkstoffes, beispielsweise Silikon erzielt. Mit der Elastizität der Trennwand wird der direkte Kontakt des Temperiermediums mit dem

Absorberelement und dem Aufnahmebereich verbessert.

Ein Material oder Bauteil ist im Sinne der Erfindung dann "flexibel", wenn es eine ausreichende Elastizität aufweist, um nach einer Verformung durch die Kräfte, die infolge einer Volumenänderung des Temperiermediums beim Phasenwechsel auf das Material oder Bauteil wirken, wieder in die Ursprungsform zurückzukehren. Ein insbesondere geeignetes flächiges Bauteil, wie eine Trennwand, kann eine Federrate von weniger als 5 N/mm je mm2 aufweisen. Die Flächennormierung bezieht sich dabei auf die Fläche des Bauteils, auf die ein entsprechender Druck ausgeübt wird. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Temperiervorrichtung zum Kühlen oder Warmhalten genutzt werden. Das Gehäuse mit dem Temperiermedium wird dazu erwärmt oder gekühlt, wobei vorzugsweise das Temperiermedium seinen

Aggregatzustand wandelt und die Energie zum Phasenwandel genutzt wird. In kostengünstiger Weise wird als Temperiermedium Wasser oder eine wässrige Lösung verwendet, die beim Abkühlen gefriert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das Temperiermedium in fester Phase eine geringere oder höhere Dichte als in seiner flüssigen Phase. Beim Phasenwechsel von außen lässt das schon teilweise wieder flüssige

Temperiermedium das noch feste Temperiermedium aufschwimmen oder absinken. Dieses feste Temperiermedium drängt aufgrund der unterschiedlichen Dichten dabei gegen das Absorberelement. In besonderer Weise wird die thermische Energie des Aufnahmebereichs mit den eingesetzten Laborgefäßen durch den Kontakt des festen Temperiermediums mit dem Absorberelement, dessen thermisch leitende Anbindung an den Aufnahmebereich und der

Übertragung von Wärme verändert. Erfolgt die Übertragung der Wärme von dem Absorberelement zu dem Aufnahmebereich, dann wird die thermische Energie des Aufnahmebereichs erhöht und die Laborgefäße werden erwärmt. Erfolgt die Übertragung der Wärme von dem Aufnahmebereich zu dem Absorberelement, dann wird die thermische Energie des Aufnahmebereichs verringert und die Laborgefäße werden gekühlt.

Die Wärmeübertragung von oder zu dem Aufnahmebereich erfolgt gleichmäßig und ausreichend. Die beim Phasenwechsel konstante Temperatur des

Temperiermediums kann über längere Zeit genutzt werden und eine bestimmte, im Wesentlichen von der physikalischen Eigenschaft des Temperiermediums definierte Temperatur der Laborgefäße gehalten werden. Beim vorangegangenen Konditionieren erfolgt der Phasenwechsel von flüssig zu fest auf der nahezu kompletten Oberfläche des im Temperiermedium befindlichen Absorberelements gleichzeitig und nicht nur punktuell im Zentrum des Aufnahmebereiches.

Nach bevorzugter Ausführung ist das Absorberelement mit räumlichem Abstand zu dem Aufnahmebereich angeordnet. Dabei kann das Absorberelement als eine Platte ausgeführt und das Absorberelement mit dem Aufnahmebereich mittels einem oder mehreren thermisch leitenden Abstandselementen verbunden sein. In vorteilhafter Ausführung bestehen die Platte, Abstandselemente und der

Aufnahmebereich aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m K). Mit diesem Mindestwert kann eine vollständige Wärmeaufnahme durch das Absorberelement bzw. die Platte und eine gleichmäßige Temperierung der Laborgefäße bei gleichzeitiger Wärmeübertragung an das Temperiermedium gewährleistet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Aufnahmebereich des

Gehäuses als separates Teil ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine verminderte Wärmeabgabe des Gehäuses bzw. ermöglicht in vorteilhafter weise, dass der Aufnahmebereich aus einem Material mit einer höheren Wärmleitfähigkeit von mindestens 100 W/(m K) ausgeführt werden kann. Aluminium ist hierbei ein formstabiler und hervorragend zu bearbeitender, kosteneffizienter Werkstoff. Die anderen Teile des hohlen Gehäuses können dabei aus einem Material mit einer wesentlich geringeren Wärmleitfähigkeit von maximal 1 W/(m K) bestehen und aus Kunststoff gefertigt sein. Gerade wenn ein Temperiermedium eingesetzt wird, dessen Dichte und/oder Volumen beim Phasenwechsel seines Aggregatzustandes veränderlich ist, dient der Luftraum über dem Temperiermedium zum Volumenausgleich und begrenzt den Druckaufbau auf das Gehäuse und den Aufnahmebereich. Bei der

erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ragt das Absorberelement mit seiner zum Boden hin gerichteten Unterseite bzw. als Platte in das Temperiermedium hinein. Das Absorberelement ist erfindungsgemäß zum Aufnahmebereich hin flexibel bzw. elastisch verformbar. Vorzugsweise weist das Absorberelement eine flächenbezogene Federrate von kleiner als 1 N/mm je mm² Fläche der Unterseite des Absorberelements auf bzw. wird derart gehalten, dass sich eine Federrate von kleiner als 1 N/mm je mm² Fläche der Unterseite des Absorberelements ergibt.

Das Absorberelement ist entweder als Platte ausgeführt oder als eine alternative Ausführung ein strukturierter, elastischer Formkörper, wobei die Platte oder auch der Formkörper vorzugsweise zusätzlich am Aufnahmebereich mit

Abstandselementen federnd gehalten werden. Beide Varianten einer

Temperiervorrichtung nehmen keinen Schaden beim Phasenwechsel und ermöglichen eine Volumenänderung des Temperiermediums auch im festen Zustand ohne Verlust ihrer Funktion oder Deformation des Gehäuses. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen

Temperiervorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren und deren Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnung der bevorzugten Ausführung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung. Fig. 2 zeigt die Temperiervorrichtung von Fig. 1 in einer bevorzugten

Ausführungsform. Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der Temperiervorrichtung von Fig. 1 in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt eine Detailansicht der Temperiervorrichtung von Fig. 1 in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm über Temperaturverläufe an der

Temperiervorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 zur Aufnahme von Laborgefäßen 2. Die Temperiervorrichtung 1 wird vor dem Gebrauch, also ohne die Laborgefäße 2, thermisch konditioniert und dazu in einem Kühl- oder

Wärmeschrank temperiert. Während des Gebrauchs nimmt die

Temperiervorrichtung 1 in einem endlichen zeitlichen Verlauf die konditionierte thermische Energie entweder von den Laborgefäßen 2 und der Umgebung auf oder gibt sie ab.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Temperiervorrichtung 1 besteht aus einem hohlen Gehäuse 3, das im Innenbereich des Gehäuses 3 zumindest partiell mit einem Temperiermedium 4 gefüllt ist. Das Gehäuse 3 wird im Labor als selbstständige Vorrichtung verwendet und hat dazu im Benutzungszustand unten bzw. an einer Unterseite, einen Boden 3.2 und gegenüberliegend oben bzw. an einer Oberseite einen Aufnahmebereich 3.1 , der den hohlen Innenbereich des Gehäuses 3 nach oben begrenzt. An dem Aufnahmebereich 3.1 sind von oben in Richtung des Bodens 3.2 und nach innen weisende Vertiefungen 5 ausgebildet, die als Aufnahmen für die zu temperierenden Laborgefäße 2 dienen. Der Boden 3.2 kann im SBS-Format (Society of Biomolecular Screening) dimensioniert und die Anzahl an Vertiefungen 5 im Raster des SBS-Standards 12 x 8, 24 x 16 usw. angeordnet sein.

Die Temperiervorrichtung 1 kann auf dem Boden 3.2 stehend oder auf den

Vertiefungen 5 liegend jedenfalls vor ihrem Einsatz mit Laborgefäßen 2 thermisch konditioniert, also erwärmt oder gekühlt werden, um eine bestimmte zur

Einsatzumgebung unterschiedliche Temperatur anzunehmen.

In Fig. 1 ist eine Temperiervorrichtung 1 gezeigt, die ein Ausführungsbeispiel darstellt. Der Aufnahmebereich 3.1 kann an dem Gehäuse 3 jedoch entgegen den Darstellungen insbesondere von oben lösbar angeordnet sein. Das Gehäuse 3 kann die Zwischenräume um die Vertiefungen 5 wie dargestellt überdecken.

Entgegen den Darstellungen kann dieses Teil separat vom Gehäuse 3 ausgeführt sein. Ebenso kann der Aufnahmebereich 3.1 entgegen der Darstellungen an dem Gehäuse 3 von oben lösbar angeordnet sein.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 mit dem hohlen Gehäuse 3, das ein von dem das Temperiermedium 4 aufnehmenden bzw.

enthaltenden Innenbereich abgetrennten Luftraum 6 aufweist. Die Trennung des Innenbereichs verläuft zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden 3.2, der insbesondere als Standfläche dient. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 1 ist der Luftraum 6 gegenüber dem Aufnahmebereich 3.1 angeordnet und stellt einen Teil des Innenbereichs dar. Der an den Aufnahmebereich 3.1 angrenzende übrige Teil des Innenbereichs nimmt das Temperiermedium 4 auf. Somit erfolgt eine Wärmeübertragung zwischen Temperiermedium 4 und dem Aufnahmebereich 3.1 auch direkt.

In einer vorteilhaften Ausführung ist zwischen den hohlen Innenbereichen bzw. der Standfläche, d.h. dem Boden 3.2, und dem Gehäuse 3 eine Trennwand 3.3 angeordnet, die beide Innenbereiche gegeneinander abdichtet und flexibel ausgeführt ist. Die Trennwand 3.3 kann auch zwischen anderen Teilen des Gehäuses 3 angeordnet sein. Die Ausführung nach Fig. nach Fig. 1 und 2, bei der die Standfläche bzw. der Boden 3.2 den einen Teil des hohlen Innenbereichs aufweist, ist diesbezüglich eine vorteilhafte Ausführung.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 weist die Standfläche bzw. der Boden 3.2 eine Bohrung 3.4 auf, die den Luftraum 6 be- und/oder entlüftet. Alternativ ist der Luftraum 6 dicht eingeschlossen und dessen Druckveränderung kann genutzt werden, um das Temperiermedium 4 gegen den Aufnahmebereich 3.1 zu drängen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, füllt das Temperiermedium 4 den zum Aufnahmebereich 3.1 angrenzenden Innenbereich des Gehäuses 3 zumindest im Wesentlichen vollständig aus, was in der Praxis zwar angestrebt wird, aber meist nur

unvollkommen möglich ist. Beim Füllen des Innenbereichs mit Temperiermedium 4 und anschließenden Verschließen mit der Trennwand 3.3 kann Luft noch mit eingeschlossen sein. Der Innenbereich ist also vollständig mit Temperiermedium 4 oder partiell mit Temperiermedium 4 und Luft gefüllt. Je näher und direkter das Temperiermedium 4 an dem Aufnahmebereich 3.1 ist, umso besser ist dessen thermische Verbindung. D.h. eine Wärmeübertragung kann umso höher erfolgen, je kleiner der Abstand des Temperiermediums 4 zum Aufnahmebereich 3.1 ist und je weniger Zwischenelemente die Wärme übertragen. Optimal ist dabei ein

unmittelbarer Kontakt zwischen Temperiermedium 4 und Aufnahmebereich 3.1. Bevorzugt ist daher eine Füllung des an den Aufnahmebereich 3.1 angrenzenden Innenbereichs zu einem möglichst großen Teil mit Temperiermedium 4. Der an den Aufnahmebereich 3.1 grenzende Teil des Innenbereichs ist daher vorzugsweise zum überwiegenden Teil mit Temperiermedium 4 gefüllt. Insbesondere ist das im an den Aufnahmebereich 3.1 grenzenden Teil des Innenbereichs enthaltene Volumen des Temperiermediums größer als das Volumen der dort enthaltenen Luft.

Die Temperiervorrichtung 1 nach Fig. 2 weist ein Absorberelement 7 im hohlen Gehäuse 3 auf, das als Platte ausgeführt ist und sich horizontal im Gehäuse 3 erstreckt. Das Absorberelement 7 ist dabei zum Aufnahmebereich 3.1 und

Gehäuse 3 mit räumlichem Abstand so angeordnet und die Menge des Temperiermediums 4 so gewählt, dass das Absorberelement 7 von dem

Temperiermedium 4 zumindest partiell umströmt wird, also Kontakt mit dem temperierten Temperiermedium 4 hat und/oder darin eingetaucht ist. Das Absorberelement 7 kann eine oder mehrere Öffnungen 7.1 haben, die ein Durchströmen von Luftblasen und je nach Dimension der Öffnungen 7.1 und Viskosität des Temperiermediums 4 ein zumindest partielles Durchströmen des Temperiermediums 4 durch das Absorberelement 7 ermöglichen. Das Absorberelement 7 ist zur Übertragung von thermischer Energie mit dem Aufnahmebereich 3.1 thermisch leitend gut verbunden und überträgt so die

Temperatur des Temperiermediums 4 auf die Laborgefäße 2.

Die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 wird vor ihrem Gebrauch der gewünschten Temperatur ausreichend lange ausgesetzt. Das Gehäuse mit dem Temperiermedium 4 der Temperiervorrichtung 1 wird erwärmt oder gekühlt, je nach benötigtem Temperaturfenster der Substanzen in den Laborgefäßen 2.

Das im Gehäuse 3 eingesetzte Temperiermedium 4 wandelt bei der Erwärmung oder Abkühlung seinen Aggregatzustand. Beim Abkühlen gefriert das

Temperiermedium 4 und beim Erwärmen schmilzt es. Dabei wird die Energie des Phasenübergangs (beispielsweise im Fall von Wasser: 333,4 KJ/Kg bei 0°C) effektiv genutzt. Als kostengünstiges Temperiermedium 4 zum Kühlen der Laborgefäße 2 wird bevorzugt Wasser, eine wässrige Lösung, ein Glykol/Wassergemisch und/oder ein Gelmaterial, insbesondere ein wässriges Carboxymethylzelluose-Gel, eingesetzt. Alternativ zum Erwärmen oder Warmhalten von Laborgefäßen 2 wird als

Temperiermedium 4 ein Gemisch aus Cyclodextrin und 4-Methylpyridin verwendet. Auch eine Polymerlösung aus mehreren löslichen Stoffen mit unterschiedlichen Phasentemperaturen und einer konzentrationsabhängigen Mischungslücken, wie ein Phenol/Wasser-Gemisch, kann eingesetzt werden. Die Temperiervorrichtung 1 nach Fig. 1 und 2 wird alternativ zum Erwärmen von Laborgefäßen 2 zwischen 30°C und 45°C verwendet. Das Gehäuse 3 ist dazu mit dem bereits erwähnten Gemisch aus Cyclodextrin und 4-Methylpyridin befüllt. Die Temperiervorrichtung 1 wird bei ca. 50°C oder höher konditioniert. Das

Absorberelement 7 erstreckt sich dabei entgegen der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Ausführung über eine größere Ausdehnung im Innenbereich des Gehäuses 3.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Temperiervorrichtung 1 ist besonders gestaltet für Temperiermedium 4, das in seiner festen Phase eine geringere Dichte als seine flüssige Phase hat. Ein solches Temperiermedium 4, das beim Schmelzen schon teilweise wieder flüssig ist, schwimmt im noch teilweise festen Zustand auf und drängt gegen das Absorberelement 7. In der Ausführung nach Fig. 2 drängt das noch feste Temperiermedium 4 auch gegen den Aufnahmebereich 3.1. Durch die Berührung des festen Temperier mediums 4 mit dem Absorberelement 7 und ggf. zusätzlich dem Aufnahmebereich 3.1 schmilzt das Temperiermedium 4 flächig ab. Das so temperierte

Absorberelement 7 führt die Wärme von dem Aufnahmebereich 3.1 mit den eingesetzten Laborgefäßen 2 dem Temperiermedium 4 zu und erhöht dessen thermische Energie oder umgekehrt. Der gefrorene Zustand des

Temperiermediums 4 im vom Gehäuse 3 und Aufnahmebereich 3.1

umschlossenen Volumen wird dabei insbesondere vollständig genutzt. Die

Laborgefäße 2 können über einen langen Zeitraum gekühlt oder geheizt werden.

Wie effektiv die erfindungsgemäße Ausführung nach Fig. 1 oder 2 gegenüber einer Ausführung ohne ein Absorberelement 7 ist, zeigt die Fig. 5 mit dem jeweiligen Verlauf eines mit Wasser gekühlten Gehäuses 3 beider Ausführungen, jeweils in deren Vertiefungen 5 gemessen. Der Temperaturverlauf„A“ entspricht der

Ausführung ohne Absorberelement und„B“ der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1 oder 2. Die Temperaturgrenze von 7°C wird bei„B“ doppelt so lange unterschritten wie bei„A“. Je nach Temperiermedium 4 erzielt man eine entsprechend dessen physikalischer Eigenschaft andere Temperaturgrenze und - verlauf.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 mit dem Gehäuse 3, das ein von dem Innenbereich abgetrennten Luftraum 6 aufweist. Die Trennung des Innenbereichs verläuft zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden 3.2.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt nicht nur konstruktive Verbesserungen auf. Vorteile äußern sich auch überraschenderweise in der Wirkung und in dem resultierenden Temperaturverlauf„B“· Die flexible Trennwand 3.3 ermöglicht die räumliche Teilung von Temperiermedium 4 und Luftraum 6 und die Kompensation von Volumenänderungen des Temperiermediums 4 in den Luftraum 6 hinein oder von ihm entfernend. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Trennwand 3.3 aus einem flexiblen, d.h. federelastischen, Werkstoff,

beispielsweise aus Silikon, ausgeführt.

Die Volumenzunahme des festen bzw. gefrorenen Temperiermediums 4 wird durch die Ausdehnung der Trennwand 3.3 in den Luftraum 6 durch Vorspannung ermöglicht. Das feste Temperiermedium 4 wird dabei gegen das Absorberelement 7 gedrückt. Bei der Verwendung der Temperiervorrichtung 1 wird durch das Andrücken die Wärmeübertragung gesteigert und der Temperaturverlauf„B“ noch länger unter der Temperaturgrenze gehalten. Dieser Effekt hält noch länger an, wenn die Trennwand 3.3 zusätzlich eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer Platte als Absorberelement 7, die im hohlen Gehäuse 3 horizontal angeordnet ist. Die Platte ist in dieser

Ausführungsform mit mehreren Abstandselementen 8 an dem Aufnahmebereich 3.1 befestigt. Die Abstandselemente 8 verbinden dabei auch die Platte 7 mit dem

Aufnahmebereich 3.1 thermisch leitend und in solch einer Anzahl, dass die

Temperatur des Temperiermediums 4 auf die Laborgefäße 2 übertragen wird. Entscheidend sind bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1 oder 2 auch die eingesetzten Materialien. Das Absorberelement 7 bzw. die Platte , die

Abstandselemente 8 und/oder der Aufnahmebereich 3.1 bestehen insbesondere aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m K).

Nach bevorzugter Ausführung ist der Aufnahmebereich 3.1 des Gehäuses 3 als separates Teil ausgeführt. Der vom Gehäuse 3 stofflich getrennte

Aufnahmebereich 3.1 besteht aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von mindestens 100 W/(m K). Als geeigneter Werkstoff wird insbesondere Aluminium eingesetzt. Die anderen Teile des hohlen Gehäuses 3 können aus Kunststoff bestehen oder einen Kunststoff aufweisen und haben vorzugsweise eine

Wärmleitfähigkeit von maximal 1 W/(m K) und somit eine eher wärmeisolierende Wirkung.

Das Gehäuse 3 kann dabei noch weiter diskret aufgebaut sein. In Fig. 1 und 2 ist das Gehäuse 3 mit einem separaten Boden 3.2 versehen, der gegenüber dem Aufnahmebereich 3.1 die Standfläche darstellt. Der Boden 3.2 und der

Aufnahmebereich 3.1 sind mit Dichtungen 3.5 gegen das Gehäuse 3 abgedichtet. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind an dem Boden vorstehende Standfüße 3.6 angeordnet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Temperiervorrichtung 1 ist das Absorberelement 7 mit seiner zum Boden 3.2 hin gerichteten Absorberunterseite zum Aufnahmebereich 3.1 hin flexibel ausgebildet. Die Volumenzunahme des Temperiermediums 4 wird durch das Absorberelement 7 toleriert. In bevorzugter Ausführung ist das Absorberelement 7 ein strukturierter elastischer Formkörper 7‘, wie die Fig. 3 es zeigt. Vorzugsweise weist dieser flächige Formkörper 7‘ eine ausreichende Nachgiebigkeit mit einer Federrate von kleiner als 1 N/mm je mm² Fläche der Unterseite des Formkörpers 7‘ auf, um eine Deformation des Gehäuses 3 zu verhindern. Der in Fig. 3 gezeigte Formkörper 7‘ ist eine Lage Metallgeflecht oder -schäum. Der Formkörper 7‘ ist an der Unterseite des Aufnahmebereichs 3.1 angeordnet. Ein solches Geflecht oder Schaum dient als Absorber zur Aufnahme und gleichzeitig zum Transport der Wärmeenergie zum Aufnahmebereich 3.1. Das Geflecht oder der Schaum ist ebenso positioniert, dass es bzw. er sich unterhalb des

Aufnahmebereichs 3.1 durch den Luftraum 6 hindurch erstreckt und von dem Temperiermedium 4 zumindest teilweise umgeben und dabei möglichst vollständig durchdrungen ist. Die Struktur selbst ermöglicht die geforderte Flexibilität und die Wahl des Werkstoffs sowie der Querschnittsdichte die ausreichende Wärmeleitung zum Aufnahmebereich 3.1 hin. Als vereinfachte Variante kann das Geflecht oder der Schaum auch nur als flexibel federnde Abstandselemente 8‘ der Platte dienen.

In der Ausführung einer Platte mit Abstandselementen 8 halten die

Abstandselemente 8 die Platte in Bezug zu dem Aufnahmebereich 3.1 flexibel federnd. Wie in Fig. 1 gezeigt ist die Platte vom Temperiermedium 4 zumindest teilweise umgeben. Bei einer Volumenausdehnung des Temperiermediums 4 im festen Zustand drängt dieses gegen die Platte und wird durch deren flexible Positionierung bzw. ihre elastische Formänderung toleriert. Im Weiteren ist das Absorberelement 7 an dem Aufnahmebereich 3.1

vorzugsweise lösbar oder unlösbar verbunden. In Fig. 3 ist das Absorberelement 7 mit der Unterseite des Aufnahmebereichs 3.1 mehrfach punktuell verbunden, z.B. mit Ultraschall angeschweißt. In der Ausführung nach Fig. 1 oder 2 sind die Abstandselemente 8 an dem Aufnahmebereich 3.1 und/oder an der Platte einstückig angeformt, so dass eine gute Wärmeleitung erfolgt. In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines flexibles Abstandselementes 8‘ gezeigt. Dieses

Abstandselement 8‘ ist ein Teil der Platte.

Nicht gezeigte Einschnitte stellen das Abstandselement 8‘ frei und ermöglichen eine mäanderförmige Biegung, wie in Fig. 4 abgebildet. Das freie Ende des so gebogenen Abstandselementes 8‘ ist insbesondere an den Aufnahmebereich 3.1 angeschweißt. Alternativ können die Abstandselemente 8 lösbar angeschraubt sein, also kraft-/form-/reib-schlüssig gehalten oder unlösbar fest verbunden, wie geschweißt, gelötet, gebondet, geklebt, oder in sonstiger Weise stofflich verbunden werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Temperiervorrichtung (1 ) für Laborgefäße (2), die dazu ausgebildet ist, vor dem Gebrauch ohne Laborgefäße (2) thermisch konditioniert zu werden und während des Gebrauchs in einem endlichen zeitlichen Verlauf die konditionierte thermische Energie von den Laborgefäßen (2) aufzunehmen und/oder an die Laborgefäße (2) abzugeben,

mit einem hohlen Gehäuse (3),

das einen Innenbereich aufweist, der zumindest im Wesentlichen mit einem Temperiermedium (4) gefüllt ist,

wobei das Gehäuse (3) an einer Unterseite einen Boden (3.2) und

gegenüberliegend an einer Oberseite einen Aufnahmebereich (3.1 ) hat, der den Innenbereich des Gehäuses (3) zur Oberseite hin begrenzt und der an seiner Oberseite nach innen weisende Vertiefungen (5) zur Aufnahme der zu

temperierenden Laborgefäße (2) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse (3) einen Luftraum (6) aufweist,

dass im Innenbereich des Gehäuses (3) ein sich horizontal erstreckendes

Absorberelement (7) angeordnet ist, wobei das Absorberelement (7) von dem Temperiermedium (4) zumindest partiell umströmt und/oder durchströmt wird, und dass das Absorberelement (7) und der Aufnahmebereich (3.1 ) thermisch leitend verbunden sind.

2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

dass der Innenbereich des Gehäuses (3) zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden (3.2) verlaufend getrennt ist und/oder der Luftraum (6) an der dem

Aufnahmebereich (3.1 ) gegenüberliegenden Seite des Innenbereichs angeordnet ist und der an den Aufnahmebereich (3.1 ) angrenzende Teil des Innenbereichs das Temperiermedium (4) enthält.

3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich des Gehäuses (3) zumindest teilweise mit dem

Temperiermedium (4), vorzugsweise bis zum Absorberelement 7 reichend, gefüllt ist und der übrige Teil des Innenbereichs den Luftraum (6) enthält, und/oder dass der Innenbereich des Gehäuses (3) derart getrennt ist, dass das

Temperiermedium (4) in einem ersten Innenbereich und der Luftraum (6) in einem zweiten Innenbereich enthalten sind, vorzugsweise wobei zwischen dem ersten Innenbereich und dem zweiten Innenbereich des Gehäuses (3) eine Trennwand (3.3) angeordnet, die beide Innenbereiche gegeneinander abdichtet und flexibel ausgeführt ist, wobei die Trennwand (3.3) insbesondere aus einem

federelastischem Werkstoff, vorzugsweise Silikon, besteht oder einen

federelastischen Werkstoff aufweist.

4. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das Temperiermedium (4) dazu ausgebildet ist, bei der Aufnahme von thermischer Energie von den Laborgefäßen (2) seinen Aggregatzustand zumindest teilweise von einer festen Phase zu einer flüssigen Phase zu ändern und/oder bei der Abgabe thermischer Energie an die Laborgefäße (2) seinen Aggregatzustand von einer flüssigen Phase in eine feste Phase zu ändern, insbesondere wobei die feste Phase des Temperiermediums (4) eine geringere oder höhere Dichte als die flüssige Phase des Temperiermediums (4) hat, so dass die feste Phase in der flüssigen Phase des Temperiermediums (4) aufschwimmt oder absinkt, und gegen das Absorberelement (7) drängt,

5. Temperiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Temperiervorrichtung (1 ) dazu ausgebildet ist, die thermische Energie des Aufnahmebereichs (3.1 ) mit den eingesetzten Laborgefäßen (2) durch Kontakt der festen Phase des Temperiermediums (4) mit dem Absorberelement (7) und Übertragung von Wärme von dem Absorberelement (7) zu dem Aufnahmebereich (3.1 ) zum Erwärmen der Laborgefäße (2) zu erhöhen oder die thermische Energie des Aufnahmebereichs (3.1 ) mit den eingesetzten

Laborgefäßen (2) durch Kontakt der festen Phase des Temperiermediums (4) mit dem Absorberelement (7) und Übertragung von Wärme von dem Aufnahmebereich

(3.1 ) zu dem Absorberelement (7) zum Kühlen der Laborgefäße (2) zu verringern.

6. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das Absorberelement (7) mit räumlichen Abstand zu dem Aufnahmebereich

(3.1 ) angeordnet ist,

insbesondere wobei das Absorberelement (7) eine Platte umfasst oder als Platte ausgebildet ist und/oder wobei das Absorberelement (7) mit dem Aufnahmebereich

(3.1 ) mittels einem oder mehreren thermisch leitenden Abstandelementen (8) verbunden ist, und wobei, vorzugsweise, die Platte , das oder die

Abstandselemente (8) und/oder der Aufnahmebereich (3.1 ) aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m K) bestehen.

7. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Aufnahmebereich (3.1 ) des Gehäuses (3) als separates Teil ausgeführt ist, vorzugsweise wobei der Aufnahmebereich (3.1 ) aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von mindestens 100 W/(m K), insbesondere aus Aluminium, besteht und die anderen Teile des Gehäuses (3) aus einem Material mit einer Wärmleitfähigkeit von maximal 1 W/(m K), insbesondere aus Kunststoff, bestehen.

8. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das Absorberelement (7) zumindest an einer zum Boden (3.2) gerichteten Absorberunterseite zum Aufnahmebereich (3.1 ) hin elastisch verformbar ausgebildet ist,

vorzugsweise wobei das Absorberelement (7) ein strukturierter elastischer Formkörper (7‘) ist und/oder das oder die Abstandelemente (8) das Absorberelement (7) am Aufnahmebereich (3.1 ) federnd halten, vorzugsweise wobei das Absorberelement (7) mit einer Federrate von kleiner als 1 N/mm je mm² Fläche der Unterseite des Absorberelements (7) gehalten wird.

9. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet,

dass das Absorberelement (7) ein strukturierter elastischer Formkörper (7‘) ist, wobei der Formkörper (7‘) mit seiner zum Boden (3.2) gerichteten

Absorberunterseite zum Aufnahmebereich (3.1 ) hin elastisch verformbar ausgebildet ist, wobei die Federrate der Absorberunterseite vorzugsweise kleiner als 1 N/mm je mm² Fläche der Absorberunterseite ist.

10. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium (4) Wasser oder eine wässrige Lösung ist.

1 1. Temperierverfahren (1 ) für Laborgefäße (2), umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellung einer Temperiervorrichtung, insbesondere nach einem der

vorherigen Ansprüche, mit einem zumindest partiell mit einem

Temperiermedium (4) gefüllten Innenbereich und mit einem Gehäuse (3) mit einem Aufnahmebereich (3.1 ), wobei ein hohler Innenbereich des Gehäuses (3) vom Aufnahmebereich (3.1 ) nach oben hin begrenzt wird, und mit von an der Oberseite des Aufnahmebereichs 3.1 nach innen weisende Vertiefungen (5),

- thermisches Konditionieren vor dem Gebrauch ohne Laborgefäße (2),

- Einsetzen der Laborgefäße (2),

- Aufnahme oder Abgabe der konditionierten thermischen Energie von den

Laborgefäßen (2) aufnimmt oder an die Laborgefäße in einem endlichen zeitlichen Verlauf,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein sich im Innenbereich des Gehäuses (3) horizontal erstreckendes

Absorberelement (7) von dem Temperiermedium (4) zumindest partiell umströmt und/oder durchströmt wird und das Absorberelement (7) und der Aufnahmebereich (3.1 ) thermisch leitend verbunden werden.

12. Temperierverfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse (3) mit dem Temperiermedium (4) erwärmt oder gekühlt wird wobei, vorzugsweise, das Temperiermedium (4) dabei seinen Aggregatzustand wandelt, insbesondere wobei das Temperiermedium (4) Wasser oder eine wässrige Lösung ist.

13. Temperierverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium (4) derart gewählt wird, dass die feste Phase des Temperiermediums (4) eine geringere oder höhere Dichte als die flüssige Phase des Temperiermediums (4) hat, so dass die feste Phase in der flüssigen Phase des Temperiermediums (4) aufschwimmt oder absinkt und aufgrund der

unterschiedlichen Dichten in den Phasen gegen das Absorberelement (7) dräng, wobei, vorzugsweise, die thermische Energie des Aufnahmebereichs (3.1 ) mit den eingesetzten Laborgefäßen (2) durch Kontakt des festen Temperiermediums (4) mit dem Absorberelement (7) und der Übertragung von Wärme von dem

Absorberelement (7) zu dem Aufnahmebereich (3.1 ) zum Erwärmen der

Laborgefäße (2) erhöht wird oder die thermische Energie des Aufnahmebereichs (3.1 ) mit den eingesetzten Laborgefäßen (2) durch Kontakt des festen

Temperiermediums (4) mit dem Absorberelement (7) und der Übertragung von Wärme von dem Aufnahmebereich (3.1 ) zu dem Absorberelement (7) zum Kühlen der Laborgefäße (2) verringert wird.